A fórmula para a lei da refração da luz - casos gerais e particulares

A lei da refração da luz é usada em vários campos e permite determinar como os raios se comportarão quando passarem de um meio para outro. É fácil entender as características desse fenômeno, as razões de sua ocorrência e outras nuances importantes. Também vale a pena entender os tipos de refração, pois isso é de grande importância no cálculo e uso prático dos princípios da lei.

Na maioria das vezes, um bom exemplo é mostrado com um canudo ou uma colher em um copo transparente de água.

Qual é o fenômeno da refração da luz

Quase todo mundo está familiarizado com esse fenômeno, pois é amplamente encontrado na vida cotidiana. Por exemplo, se você olhar para o fundo de um reservatório com água limpa, ele sempre parecerá mais próximo do que realmente está. A distorção pode ser observada em aquários, esta opção é familiar para quase todos.Mas, para entender a questão, é preciso considerar vários aspectos importantes.

Razões para a refração

Aqui, as características dos diferentes meios pelos quais o fluxo de luz passa são de importância decisiva. Sua densidade geralmente difere, então a luz viaja em velocidades diferentes. Isso afeta diretamente suas propriedades.

Quando um raio de sol passa por um prisma, ele é decomposto em todas as cores do espectro.

Ao passar de um meio para outro (no ponto de sua conexão), a luz muda de direção devido a diferenças de densidade e outras características. O desvio pode ser diferente, quanto maior a diferença nas características da mídia, maior a distorção no final.

A propósito! Quando a luz é refratada, parte dela é sempre refletida.

Exemplos da vida real

Você pode encontrar exemplos do fenômeno em consideração em quase todos os lugares, para que todos possam ver como a refração afeta a percepção dos objetos. As opções mais típicas são:

1. Se você colocar uma colher ou um tubo em um copo d'água, verá como visualmente o objeto deixa de ser reto e se desvia, partindo da fronteira de dois ambientes. Essa ilusão de ótica é usada como exemplo com mais frequência.
2. Em clima quente, o efeito poça ocorre frequentemente no pavimento. Isso se deve ao fato de que no local de uma queda acentuada de temperatura (perto da própria Terra), os raios são refratados para que os olhos vejam um leve reflexo do céu.
3. As miragens também aparecem como resultado da refração. Tudo é muito mais complicado aqui, mas, ao mesmo tempo, esse fenômeno ocorre não apenas no deserto, mas também nas montanhas e até na faixa do meio. Outra opção é quando os objetos que estão atrás da linha do horizonte são visíveis.
   A miragem é uma das maravilhas da natureza, que ocorre justamente por causa da refração da luz.
4. Os princípios da refração também são usados ​​em muitos objetos usados ​​na vida cotidiana: óculos, lupas, olho mágico, projetores e máquinas de apresentação de slides, binóculos e muito mais.
5. Muitos tipos de equipamentos científicos funcionam aplicando a lei em questão. Isso inclui microscópios, telescópios e outros instrumentos ópticos sofisticados.

Qual é o ângulo de refração

O ângulo de refração é o ângulo que se forma devido ao fenômeno de refração na interface entre dois meios transparentes com diferentes propriedades de transmissão de luz. É determinado a partir de uma linha perpendicular traçada ao plano refratado.

Se um líquido com densidade maior que a água for derramado em um copo, o ângulo de refração se tornará maior.

Este fenômeno é devido a duas leis - conservação da energia e conservação do momento. Com uma mudança nas propriedades do meio, a velocidade da onda inevitavelmente muda, mas sua frequência permanece a mesma.

O que determina o ângulo de refração

O indicador pode variar e depende principalmente das características dos dois meios pelos quais a luz passa. Quanto maior a diferença entre eles, maior o desvio visual.

Além disso, o ângulo depende do comprimento das ondas emitidas. À medida que este indicador muda, o desvio também muda. Em alguns meios, a frequência das ondas eletromagnéticas também tem grande influência, mas nem sempre essa opção é encontrada.

Em materiais opticamente anisotrópicos, o ângulo é afetado pela polarização da luz e sua direção.

Tipos de refração

O mais comum é a refração usual da luz, quando, devido às diferentes características do meio, um efeito de distorção pode ser observado em um grau ou outro.Mas existem outras variedades que aparecem em paralelo ou podem ser consideradas como um fenômeno separado.

Quando uma onda polarizada verticalmente atinge o limite de dois meios em um determinado ângulo (chamado de ângulo de Brewster), você pode ver a refração total. Neste caso, não haverá onda refletida.

A reflexão interna total só pode ser observada quando a radiação passa de um meio com índice de refração mais alto para um meio menos denso. Nesse caso, verifica-se que o ângulo de refração é maior que o ângulo de incidência. Ou seja, existe uma relação inversa. Além disso, com o aumento do ângulo, ao atingir determinados valores do mesmo, o indicador torna-se igual a 90 graus.

Se a luz cair no limite de duas mídias em um determinado ângulo, ela pode simplesmente ser refletida.

Se você aumentar ainda mais o valor, o feixe será refletido do limite de duas substâncias sem passar para outro meio. É esse fenômeno que é chamado de reflexão interna total.

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Aqui você precisa de uma explicação sobre o cálculo dos indicadores, pois a fórmula difere da padrão. Neste caso, ficará assim:

pecado _etc=n₂₁

Esse fenômeno levou à criação da fibra óptica, um material que pode transmitir enormes quantidades de informação por uma distância ilimitada a uma velocidade inatingível por outras opções. Em contraste com um espelho, neste caso a reflexão ocorre sem perda de energia mesmo com reflexões múltiplas.

A fibra óptica tem uma estrutura simples:

1. O núcleo transmissor de luz é feito de plástico ou vidro. Quanto maior sua seção transversal, maior a quantidade de informação que pode ser transmitida.
2. A casca é necessária para refletir o fluxo de luz no núcleo para que ele se propague apenas através dele. É importante que no ponto de entrada na fibra, o feixe caia em um ângulo maior que o limite, então será refletido sem perda de energia.
3. O isolamento protetor evita danos à fibra e a protege de efeitos adversos. Devido a esta parte, o cabo também pode ser colocado no subsolo.

A fibra óptica permitiu levar a transmissão de informações a um nível fundamentalmente novo.

Como a lei da refração foi descoberta?

Essa descoberta foi feita Willebrord Snellius, um matemático holandês, em 1621. Após uma série de experimentos, ele conseguiu formular os principais aspectos que permaneceram praticamente inalterados até hoje. Foi ele quem primeiro observou a constância da razão dos senos dos ângulos de incidência e reflexão.

A primeira publicação com os materiais da descoberta foi feita por um cientista francês René Descartes. Ao mesmo tempo, os especialistas discordam, alguém acredita que ele usou os materiais de Snell e alguém tem certeza de que ele o redescobriu independentemente.

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Definição e fórmula do índice de refração

Os raios incidente e refratado, bem como a perpendicular que passa pela junção de dois meios, estão dentro do mesmo plano. O seno do ângulo de incidência em relação ao seno do ângulo de refração é um valor constante. É assim que a definição soa, que pode diferir na apresentação, mas o significado permanece sempre o mesmo. A explicação gráfica e a fórmula são mostradas na imagem abaixo.

A fórmula é universal e adequada para diferentes ambientes.

Vale lembrar que os indicadores refrações não têm nenhuma unidade. Ao mesmo tempo, ao estudar os fundamentos físicos do fenômeno em consideração, dois cientistas ao mesmo tempo - Christian Huygens da Holanda e Pierre de Fermat da França chegaram à mesma conclusão. Segundo ele, o seno de incidência e o seno de refração são iguais à razão das velocidades no meio pelo qual as ondas passam. Se a luz viaja através de um meio mais rápido do que outro, então é opticamente menos denso.

A propósito! A velocidade da luz no vácuo superior a qualquer outra substância.

O significado físico da "Lei de Snell"

Quando a luz passa do vácuo para qualquer outra substância, ela inevitavelmente interage com suas moléculas. Quanto maior a densidade óptica do meio, mais forte a interação da luz com os átomos e menor a velocidade de sua propagação, enquanto com o aumento da densidade, o índice de refração também aumenta.

A refração absoluta é denotada pela letra n e permite entender como a velocidade da luz muda ao passar do vácuo para qualquer meio.

Refração relativa (n₂₁) mostra os parâmetros da mudança na velocidade da luz ao passar de um meio para outro.

O vídeo explica a lei da física do 8º ano de maneira muito simples com a ajuda de gráficos e animação.

Alcance da lei em tecnologia

Muito tempo se passou desde a descoberta do fenômeno e a pesquisa prática. Os resultados ajudaram a desenvolver e implementar um grande número de dispositivos utilizados em diversas indústrias, vale a pena analisar os exemplos mais comuns:

1. Equipamentos oftálmicos. Permite realizar uma variedade de estudos e identificar patologias.
2. Aparelho para o estudo do estômago e órgãos internos. Você pode obter uma imagem nítida sem a introdução de uma câmera, o que simplifica e acelera muito o processo.
3. Telescópios e outros equipamentos astronômicos, devido à refração, possibilitam a obtenção de imagens que não são visíveis a olho nu.
   A refração da luz nas lentes dos telescópios possibilita a coleta de luz em um foco, proporcionando uma pesquisa de alta precisão.
4. Binóculos e dispositivos semelhantes também funcionam com base nos princípios acima. Isso também inclui microscópios.
5. Equipamentos de foto e vídeo, ou melhor, sua ótica, utilizam a refração da luz.
6. Linhas de fibra óptica que transmitem grandes quantidades de informações a qualquer distância.

Vídeo aula: Conclusão de acordo com a lei da refração da luz.

A refração da luz é um fenômeno que se deve às características de diferentes meios. Pode-se observar no ponto de sua conexão, o ângulo de desvio depende da diferença entre as substâncias. Esse recurso é amplamente utilizado na ciência e tecnologia modernas.